化工原理-3章非均相混合物分离

1、化工原理principles of chemical engineering第三章第三章 非均相混合物的分离非均相混合物的分离延安大学化学与化工学院延安大学化学与化工学院第三章第三章 非均相混合物的分离非均相混合物的分离第一节第一节 概述概述第二节第二节 重力沉降重力沉降第三节第三节 离心沉降离心沉降第四节第四节 过滤过滤自然界的混合物自然界的混合物 空分系统空分系统水过滤装置水过滤装置第一节第一节 概述概述混合物混合物 均相混合物均相混合物（均相均相物系）物系） 非均相混合物非均相混合物（非均相非均相物系）物系）物系内部各处物料性物系内部各处物料性质均匀而且不存在相质均匀而且不存在相界面的混

2、合物。界面的混合物。物系内部有隔开两相的物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧的界面存在且界面两侧的物料性质截然不同的混物料性质截然不同的混合物。合物。如：石油、空气如：石油、空气 分散相分散相（分散物质）（分散物质） 分散状态的物质分散状态的物质 连续相连续相（连续介质）（连续介质） 连续状态存在，连续状态存在， 包围在分散介质周围物质。包围在分散介质周围物质。例如例如固固体颗粒和气体体颗粒和气体构成的构成的含尘气体含尘气体固体颗粒和固体颗粒和液体液体构成的悬浮液构成的悬浮液不不互溶液体构互溶液体构成的乳浊液成的乳浊液液体液体颗粒和气体构成颗粒和气体构成的含雾气体的含雾气体非均相物系非均相物

3、系气液气液( (固固) )、液固、液固( (气、液气、液) )态非均相物系态非均相物系 一、非均相物系的分离在工业生产中的应用一、非均相物系的分离在工业生产中的应用 1 1、回收有用的分散相、回收有用的分散相2 2、净化连续相、净化连续相3 3、环境保护和安全生产、环境保护和安全生产 回收有用的分散相回收有用的分散相净化连续相净化连续相中药液的中药液的澄清过滤澄清过滤过滤空气过滤空气结晶产品结晶产品与母液的与母液的分离分离环境保护和安全生产环境保护和安全生产二、非均相物系的分离方法二、非均相物系的分离方法机械分离机械分离 操作方式：过滤和沉降操作方式：过滤和沉降利用非均相混合物中分散相和连续相

4、的物理性质(如密度、颗粒形状、尺寸等)的差异，使两相之间发生相对运动而使其分离。除去粗食盐除去粗食盐中少量的泥沙中少量的泥沙 1.1.过滤过滤是流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程。是流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程。分类：重力过滤、加压过滤、真空过滤和离心过滤分类：重力过滤、加压过滤、真空过滤和离心过滤板框压滤机板框压滤机真空过滤机真空过滤机离心过滤离心过滤抽滤抽滤2.2.沉降沉降是在外力作用下使颗粒相对于流体是在外力作用下使颗粒相对于流体( (静止或运动静止或运动) )运动而运动而实现分离的过程。实现分离的过程。（利用（利用分散相分散相和和连续相连续相的的密度密度不

5、同）不同）重力沉降重力沉降离心沉降离心沉降沉降：在外力作用下使颗粒相对于流体运动而实现分离的过程。沉降：在外力作用下使颗粒相对于流体运动而实现分离的过程。重力沉降：重力沉降： 沉降操作的外力是重力。沉降操作的外力是重力。适用于分离较大的固体颗粒。适用于分离较大的固体颗粒。第二节第二节 重力沉降重力沉降3.2.1 球形颗粒的自由沉降球形颗粒的自由沉降 自由沉降：颗粒不受其他颗粒的干扰及器壁的影响，自由沉降：颗粒不受其他颗粒的干扰及器壁的影响，在静止的流体中的沉降过程。在静止的流体中的沉降过程。在自由沉降沉降过程中，在自由沉降沉降过程中，颗粒受到哪些力的作用：颗粒受到哪些力的作用： 重力重力Fg

6、、浮力、浮力Fb 阻力阻力Fd 设球形颗粒的直径为设球形颗粒的直径为 , ,颗粒密度为颗粒密度为 , ,流体的密度为流体的密度为 , ,sds实际状况实际状况：干扰沉降：干扰沉降gdFssg36gdFsb36重力重力F Fg g浮力浮力F Fb b22uAFd阻力阻力F Fd dmaFFFdbg牛顿第二定律牛顿第二定律沉降阻力系数沉降阻力系数一点两过程一点两过程:AA沉降颗粒沿沉降方向的最大投形面积沉降颗粒沿沉降方向的最大投形面积0dbgFFF此时颗粒做匀速沉降，其速度也是最大沉降速度此时颗粒做匀速沉降，其速度也是最大沉降速度ut 重力、浮力、阻力三者达到平衡，加速度为零重力、浮力、阻力三者达

7、到平衡，加速度为零gdFssg36gdFsb3622uAFd代入代入沉降速度沉降速度ut:为为3)(4sstgdu以颗粒形状及尺寸为特征量的雷诺数的函数以颗粒形状及尺寸为特征量的雷诺数的函数, ,一般由实验测定。一般由实验测定。阻力系数与阻力系数与Ret 关系图关系图阻力系数一般由实验测定阻力系数一般由实验测定 ： 相应各区的颗粒沉降速度为：相应各区的颗粒沉降速度为：滞流区称为滞流区称为斯托克斯公式斯托克斯公式 过渡区称为过渡区称为艾伦公式艾伦公式 或或湍流区湍流区- -称为称为牛顿公式牛顿公式 18)(2gdusst6 . 0sRe)(27. 0tstgdugdust)(74. 1s429.

8、 0143. 1s714. 0)()(153. 0dgust规律：规律：dS 、密度差越大则沉、密度差越大则沉降速度越大；在层流区由于流降速度越大；在层流区由于流体粘性引起的表面摩擦阻力占体粘性引起的表面摩擦阻力占主要地位，因此层流区的沉降主要地位，因此层流区的沉降速度与流体粘度速度与流体粘度成反比。成反比。【例题例题3-13-1】：计算直径为95m，密度为3000kg/m3的固体颗粒分别在20 的空气和水中的自由沉降速度。18)(2sgdtpu计算计算ReRet，核算流型：，核算流型：19244. 0Re33610005. 12 .99810797. 91095tsud假设正确，计算有效。假

9、设正确，计算有效。解：解：在在20 20 的水中：的水中： 20 20 水的密度为水的密度为998.2kg/m998.2kg/m3 3，粘度为，粘度为1.0051.0051010-3 -3 PaPa s s 先设为层流区。先设为层流区。 sm/10797. 9310005. 11881. 9)2 .9983000()1098(36(1)(1)降尘室降尘室 降尘室降尘室结构：结构：3.2.2 重力沉降设备重力沉降设备 利用重力沉降的作用从含尘利用重力沉降的作用从含尘气体中除去固体颗粒的设备。气体中除去固体颗粒的设备。见动画见动画颗粒沉降的同时并随气体运动颗粒沉降的同时并随气体运动颗粒沉降运动时间

10、颗粒沉降运动时间 气体通过沉降室时间气体通过沉降室时间分离分离工作原理：工作原理：矩形入口截面矩形入口截面面积面积 uu。 降尘室的生产能力：降尘室单位时间所处理的降尘室的生产能力：降尘室单位时间所处理的含尘气体的体积流量。符号：含尘气体的体积流量。符号：qv 。颗粒在降尘室的颗粒在降尘室的停留时间：停留时间：uL颗粒沉降到室底颗粒沉降到室底所需的时间所需的时间：ttuH为了满足除尘要求：为了满足除尘要求：ttuHuL降尘室使颗粒降尘室使颗粒 沉降的条件沉降的条件HBquvvvqLHBHbqLtvuHqLHBtvBLuq 降尘室的生产能力降尘室的生产能力降尘室的生产能力只与降尘室的沉降面积降尘

11、室的生产能力只与降尘室的沉降面积BLBL和颗和颗粒的沉降速度粒的沉降速度u ut t有关，而与降尘室的高度无关有关，而与降尘室的高度无关 处理悬浮液的重力沉降设备，称为沉降器或增浓器。沉降器可分处理悬浮液的重力沉降设备，称为沉降器或增浓器。沉降器可分间歇式、半连续式和连续式三种。间歇式、半连续式和连续式三种。沉降槽有澄清液体和增稠悬浮液的双重作用功能，与降尘室类似，沉沉降槽有澄清液体和增稠悬浮液的双重作用功能，与降尘室类似，沉降槽的生产能力与高度无关，只与底面积及颗粒的沉降速度有关，故降槽的生产能力与高度无关，只与底面积及颗粒的沉降速度有关，故沉降槽一般均制造成大截面、低高度。沉降槽一般均制造

12、成大截面、低高度。 （2 2）沉降槽）沉降槽大的沉降槽直径可达大的沉降槽直径可达1010100m100m、深、深2.52.54m4m。它一般。它一般用于大流量、低浓度悬浮液的处理。沉降槽处理后用于大流量、低浓度悬浮液的处理。沉降槽处理后的沉渣中还含有大约的沉渣中还含有大约50%50%的液体，必要时再用过滤机的液体，必要时再用过滤机等作进一步处理。等作进一步处理。对于含有颗粒直径小于对于含有颗粒直径小于1m的液体，一般称为溶胶，由于颗粒直径小较难分离。的液体，一般称为溶胶，由于颗粒直径小较难分离。为使小颗粒增大，常加絮凝剂使小粒子变成大粒子。例如，河水净化加明矾为使小颗粒增大，常加絮凝剂使小粒子

13、变成大粒子。例如，河水净化加明矾KAl(SO4)2l2H2O,使水中细小污物沉降。常用的电解质，除了明矾还有三氧化使水中细小污物沉降。常用的电解质，除了明矾还有三氧化铝、绿矾、三氯化铁等。一般用量为铝、绿矾、三氯化铁等。一般用量为40200mg/kg。近年来，已研究出某些高分。近年来，已研究出某些高分子絮凝剂。子絮凝剂。明矾明矾绿矾绿矾三氯化铁三氯化铁聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺3.3.13.3.1离心沉降速率离心沉降速率 其受力为离心力其受力为离心力F Fc c、向心力、向心力F Fb b和阻力和阻力F Fd d ，其值分别为：其值分别为： 242222rprduduAFgdVFssssc36gdV

14、FsPb36第三节第三节 离心沉降离心沉降离心沉降过程：离心沉降过程：当流体带着颗粒旋转时当流体带着颗粒旋转时, ,如果颗粒的密度大于流体的密度如果颗粒的密度大于流体的密度, ,则惯性离心力将会使颗粒在径向上与流体发生相对运动而飞离中心。则惯性离心力将会使颗粒在径向上与流体发生相对运动而飞离中心。思考：旋转过程固体颗粒受到的作用力有哪些？思考：旋转过程固体颗粒受到的作用力有哪些？ur离心力离心力 F Fc c阻力阻力 F Fd d向心力向心力 F Fb b颗粒在离心力场中的受力分析颗粒在离心力场中的受力分析242222rprduduAFgdVFssssc36gdVFsPb36 当三个力达到平衡

15、时：当三个力达到平衡时： F Fc c- - F Fb b- - F Fd d=0 =0 颗粒在径向上相对于流体的运动速度颗粒在径向上相对于流体的运动速度u ur r便是此位置上的便是此位置上的离心沉降速度。离心沉降速度。若颗粒处于层流区，则阻力系数若颗粒处于层流区，则阻力系数tRe24)(3)(42RuduTssrRuduTssr18)(22R含尘气体的进口气速，含尘气体的进口气速，m/s颗粒的旋转半径，颗粒的旋转半径，m。 Tu旋风分离器的旋风分离器的构造构造和和操作原理操作原理 3.3.2 旋风分离器旋风分离器 旋风分离器的旋风分离器的操作原理操作原理 旋风分离器是工业上应用比较广泛旋风

16、分离器是工业上应用比较广泛的气固离心分离设备之一。标准型的旋的气固离心分离设备之一。标准型的旋风分离器结构形式如图所示。主体的上风分离器结构形式如图所示。主体的上部为圆筒形，下部为圆锥形，各部件的部为圆筒形，下部为圆锥形，各部件的尺寸均圆筒直径成比例。含尘气体由圆尺寸均圆筒直径成比例。含尘气体由圆筒上部进气管切向进入，受器壁的约束筒上部进气管切向进入，受器壁的约束而向下作旋转运动，而向下作旋转运动，在惯性离心力作用在惯性离心力作用下下颗粒被抛向器壁，与气流分离，再沿颗粒被抛向器壁，与气流分离，再沿壁而落锥底的排灰口壁而落锥底的排灰口。净化后的气体在。净化后的气体在中心轴附近作由下而上的螺旋运动

17、，最中心轴附近作由下而上的螺旋运动，最后由顶部排气管排出。后由顶部排气管排出。 特点：旋风分离器构造简单，分离效率较高，操作不特点：旋风分离器构造简单，分离效率较高，操作不受温度、压强的限制，分离因数约为受温度、压强的限制，分离因数约为5 525002500，一般可分，一般可分离气体中离气体中5 575m75m直径的粒子。直径的粒子。 (2)(2)旋风分离器的主要性能参数旋风分离器的主要性能参数 临界直径、分离效率、压力降和气体处理量是旋风分离器临界直径、分离效率、压力降和气体处理量是旋风分离器的主要性能参数，是选型和操作控制的依据，也是评价旋的主要性能参数，是选型和操作控制的依据，也是评价旋

18、 风分离器性能好坏的主要指标。风分离器性能好坏的主要指标。 临界粒径临界粒径 即旋风分离器能够分离出最小颗粒的直即旋风分离器能够分离出最小颗粒的直径。临界粒径的大小是判断旋风分离器分离效率高低的重径。临界粒径的大小是判断旋风分离器分离效率高低的重要依据。临界粒径的计算式为要依据。临界粒径的计算式为 iscud9ui含尘气体的进口气速，含尘气体的进口气速，m/s;B旋风分离器的进口宽度，旋风分离器的进口宽度，m; N气流的旋转圈数，对标准旋风分离器，气流的旋转圈数，对标准旋风分离器， 可取可取N=5； 颗粒的密度，颗粒的密度，kg/m3;流体的黏度，流体的黏度，Pas。s分离效率分离效率 旋风分

19、离器的分离效率通常有两种表示方法，即旋风分离器的分离效率通常有两种表示方法，即总效率总效率粒级效率粒级效率 C1、C2旋风分离器进出口气体含尘的浓度，旋风分离器进出口气体含尘的浓度， g/m3； C1i、C2i进出口气体含尘的粒径在段范围内颗粒的浓度，进出口气体含尘的粒径在段范围内颗粒的浓度，g/m3；xi第第i段粒径范围内颗粒占全部颗粒的质量分数。段粒径范围内颗粒占全部颗粒的质量分数。1210CCC iiiiCCC121iix0压力降压力降 旋风分离器的压力降是评价其性能的重要指标。旋风分离器的压力降是评价其性能的重要指标。压力降产生的主要原因，是由于气体经过器内时的膨胀、压力降产生的主要原

20、因，是由于气体经过器内时的膨胀、压缩、旋转、转向及对器壁的摩擦而消耗大量的能量。压缩、旋转、转向及对器壁的摩擦而消耗大量的能量。气体通过旋风分离器的压力降应尽可能小，分离设备压力气体通过旋风分离器的压力降应尽可能小，分离设备压力降的大小是决定分离过程能耗和合理选择风机的依据。降的大小是决定分离过程能耗和合理选择风机的依据。22iu一般来说，短粗形的旋风分离器压降较小，处理量大，但分离一般来说，短粗形的旋风分离器压降较小，处理量大，但分离效率低；细长形的则压降较大，处理量不大，分离效率高。效率低；细长形的则压降较大，处理量不大，分离效率高。阻力系数，阻力系数，对标准旋风分离器对标准旋风分离器,

21、=8.0, =8.0 旋风分离器构造简单紧凑、无运动件，操作不受温度旋风分离器构造简单紧凑、无运动件，操作不受温度、压强的限制，价格低廉、性能稳定，分离因数约为、压强的限制，价格低廉、性能稳定，分离因数约为5 525002500，分离效率较高，一般可分离气体中，分离效率较高，一般可分离气体中5 575m75m直径的粒子。故广泛应用于多种工业部门。直径的粒子。故广泛应用于多种工业部门。3.3.3 旋液分离器旋液分离器 又称水力旋流器又称水力旋流器 是利用是利用离心沉降原理离心沉降原理分离液固混合物的设备，分离液固混合物的设备，其其结构和操作原理与旋风分离器类似结构和操作原理与旋风分离器类似。3.

22、3.4 离心沉降机离心沉降机 转鼓上无孔，混悬液或乳浊液被转鼓带动高速旋转转鼓上无孔，混悬液或乳浊液被转鼓带动高速旋转时时, ,密度较大的物相向转鼓内壁沉降密度较大的物相向转鼓内壁沉降, ,密度较小的物相趋密度较小的物相趋向旋转中心而使两相分离。向旋转中心而使两相分离。离心机：离心机： 用于离心分离的设备。用于离心分离的设备。适于离心分离适于离心分离的液态非均相物系包括的液态非均相物系包括液液- -固固混合物系混合物系( (混悬液混悬液) )和和液液- -液液混合物系混合物系( (乳浊液乳浊液) )。油脂离心机油脂离心机实验用离心机实验用离心机转鼓转鼓第四节第四节 过滤过滤3.4.1 3.4.

23、1 过滤的基本概念过滤的基本概念一、过滤及过滤推动力一、过滤及过滤推动力过滤：过滤：利用能让液体通过而利用能让液体通过而截留固体颗截留固体颗粒粒的多孔介质（过滤介质），使悬浮液的多孔介质（过滤介质），使悬浮液中中固液固液得到得到分离分离的单元操作。的单元操作。名词：过滤介质；混悬液（滤浆）；滤渣名词：过滤介质；混悬液（滤浆）；滤渣( (饼饼) )；滤液；滤液悬浮液悬浮液沉降法沉降法过滤操作过滤操作哪种处理方法好？哪种处理方法好？：需要较长时间，而且沉渣中液体含量较多需要较长时间，而且沉渣中液体含量较多沉降法沉降法可使悬浮液得到迅速的分离，滤渣中的液体含量也较低可使悬浮液得到迅速的分离，滤渣中的

24、液体含量也较低过滤操作过滤操作：絮凝剂絮凝剂在某些场合过滤是沉降的后续操作在某些场合过滤是沉降的后续操作真空过滤机真空过滤机水环真空泵水环真空泵思考：思考：过滤推动力：过滤推动力：适用于：处理固体含量较高的混悬液。适用于：处理固体含量较高的混悬液。 作用原理：作用原理：过滤过程变化：过滤过程变化：初期初期中期中期末期末期思考：如何保持过滤速度？思考：如何保持过滤速度？ 方法：方法：a.不断的将滤饼移出不断的将滤饼移出过滤介质两侧的压力差。过滤介质两侧的压力差。筛子筛子二、过滤方式二、过滤方式（1 1）饼层饼层过滤过滤 ：过滤过程中在过滤介质表面会形成固体颗粒的过滤过程中在过滤介质表面会形成固体

25、颗粒的滤饼层（固体沉积物堆积、架桥）滤饼层（固体沉积物堆积、架桥）。 方法：方法：b.增加推动力增加推动力适用于：适用于：生产量大而悬浮颗粒粒径小或是粘软的絮状物。生产量大而悬浮颗粒粒径小或是粘软的絮状物。（2 2）深层深层过滤：过滤：过滤介质是较厚的粒状介质的床层过滤介质是较厚的粒状介质的床层, ,过滤时过滤时悬浮液中的颗粒沉积在床层内部的孔道壁面悬浮液中的颗粒沉积在床层内部的孔道壁面上上, ,而不形成滤饼。而不形成滤饼。中药液的澄清过滤中药液的澄清过滤合成纤维合成纤维饮水过滤饮水过滤纺丝液的处理设备纺丝液的处理设备 Kitagawa. S. J. Am. Chem. Soc, 2007,

26、129, 2607. 膜过滤膜过滤宏观宏观微观微观调控调控工业生产中悬浮液固相含量一般较高工业生产中悬浮液固相含量一般较高( (体积分数大于体积分数大于1%),1%),因此本节重点讨论滤饼过滤。因此本节重点讨论滤饼过滤。 膜过滤膜过滤是利用膜孔隙的是利用膜孔隙的选择透过性选择透过性进行两相分离的技术。以膜两侧的进行两相分离的技术。以膜两侧的流体压差为推动力，使溶剂、无机离子、小分子等透过膜，而截留微流体压差为推动力，使溶剂、无机离子、小分子等透过膜，而截留微粒及大分子。粒及大分子。 过滤介质：过滤介质：多孔性介质多孔性介质 其其作用作用：a.a.截留颗粒，使滤液通过截留颗粒，使滤液通过 b.b

27、.支撑滤饼支撑滤饼三、过滤介质三、过滤介质 过滤介质应具有下列过滤介质应具有下列条件：条件： a a）多孔性，孔道适当的小，并减少流体的阻力，又能）多孔性，孔道适当的小，并减少流体的阻力，又能 截住要分离的颗粒。截住要分离的颗粒。 b)b)物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀。物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀。 c)c)足够的机械强度，使用寿命长。足够的机械强度，使用寿命长。 d) d) 价格便宜。价格便宜。工业常用过滤介质种类：工业常用过滤介质种类：织物介质、多孔性固体介质、颗粒状介质和微孔滤膜等。织物介质、多孔性固体介质、颗粒状介质和微孔滤膜等。织物介质织物介质 滤布、筛网，滤布、筛网，截

28、留的粒径截留的粒径5m5m以上，工业应用广泛以上，工业应用广泛滤布滤布筛网筛网过滤机过滤机多孔固体介质多孔固体介质具有微细孔道的固体，截留粒径具有微细孔道的固体，截留粒径1 13m3m的微细粒子的微细粒子 素瓷素瓷多孔烧结玻璃多孔烧结玻璃颗粒状介质颗粒状介质固体颗粒（砂石、木炭、石棉）或纤维（玻璃棉）等堆积，固体颗粒（砂石、木炭、石棉）或纤维（玻璃棉）等堆积，适用于深层过滤。适用于深层过滤。砂石砂石木炭木炭石棉石棉鹅卵石鹅卵石玻璃棉玻璃棉微孔滤膜：由高分子材料制成的薄膜状多孔介质微孔滤膜：由高分子材料制成的薄膜状多孔介质 。适用。适用于滤除于滤除0.020.0210m10m的混悬微粒。的混悬微

29、粒。精滤精滤（1 1）滤饼的压缩性）滤饼的压缩性滤饼滤饼不可压缩滤饼不可压缩滤饼: : 可压缩滤饼可压缩滤饼: :颗粒有一定的刚性，所形成颗粒有一定的刚性，所形成的滤饼并不因所受的压力差的滤饼并不因所受的压力差而变形。而变形。 颗粒比较软，所形成的滤饼在颗粒比较软，所形成的滤饼在压差的作用下变形，使滤饼中压差的作用下变形，使滤饼中的流动通道变小，阻力增大。的流动通道变小，阻力增大。四、滤饼的压缩性和助滤剂四、滤饼的压缩性和助滤剂滤饼的压缩性对过滤效率及滤材的可使用时间影响很大滤饼的压缩性对过滤效率及滤材的可使用时间影响很大, ,是设计过滤工艺和选择过滤介质的依据。是设计过滤工艺和选择过滤介质的

30、依据。（2 2）助滤剂）助滤剂助滤剂助滤剂具有一定刚性的颗粒或纤维状的固体。具有一定刚性的颗粒或纤维状的固体。加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力，提高滤饼的加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力，提高滤饼的刚性和孔隙率刚性和孔隙率硅藻土硅藻土活性炭活性炭纤维粉纤维粉珍珠岩粉珍珠岩粉助滤剂的要求：助滤剂的要求：a.应具有化学稳定性应具有化学稳定性; b.不溶于液相中不溶于液相中; c.在过滤操作的压力差范围内具有不可压缩性在过滤操作的压力差范围内具有不可压缩性加入方法加入方法预涂：预涂：用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进行过滤，在过滤介质上形前用它进行过滤，在过

31、滤介质上形成一层由助滤剂组成的滤饼。成一层由助滤剂组成的滤饼。 掺滤：掺滤： 将助滤剂混在滤浆中一起过滤将助滤剂混在滤浆中一起过滤助滤剂的使用方法：助滤剂的使用方法：悬浮液悬浮液+ 用洗涤液（通常为清水）进行滤饼洗涤，以回收滤用洗涤液（通常为清水）进行滤饼洗涤，以回收滤饼中残存的滤液或除去其杂质。饼中残存的滤液或除去其杂质。6 6、过滤速率及影响因素、过滤速率及影响因素过滤速率过滤速率单位时间内得到的滤液体积。单位时间内得到的滤液体积。主要影响因素：过滤面积、悬浮液的性质、操作压力。主要影响因素：过滤面积、悬浮液的性质、操作压力。 5 5、滤饼的洗涤、滤饼的洗涤232dlup实际流速实际流速u

32、 u 过滤速度过滤速度dV/(Ad) dV/(Ad) ，流道长，流道长ll滤饼厚度滤饼厚度L L，孔道的平均直径，孔道的平均直径d d难以测量，故引入比例系数难以测量，故引入比例系数r r，将这些，将这些因素统统并入比例系数因素统统并入比例系数r r内，则：内，则：层流流动：层流流动：AddVlpdu322AddVrLpHagon-Poiseuille3.4.2 过滤基本方程式过滤基本方程式一、滤液通过滤饼的流动说明：说明：滤液性质：滤液性质：过滤面积：过滤面积：A A滤饼性质：滤饼性质：L L、r r阻力推动力ALrPLrPAddVorLPAddV/rArL 阻力阻力二、滤饼的比阻二、滤饼的

33、比阻r r：单位：单位：物义：物义：说明：说明：当粘度为当粘度为1Pas1Pas的滤液以的滤液以1m1m3 3/(m/(m2 2 s) s)的过滤的过滤速度通过厚度为速度通过厚度为1m1m的滤饼层的压力损失。的滤饼层的压力损失。滤饼不可压缩：滤饼不可压缩：rr单位压力差下的滤饼比阻，单位压力差下的滤饼比阻，1/m1/m2 2；s s滤饼的压缩性指数，滤饼的压缩性指数，s1s1。 222321mmsmNsmmmNLAddVPrsPrr r = fr = f（滤饼结构特性）；（滤饼结构特性）；滤饼可压缩：滤饼可压缩：过滤介质层：认为介质产生的阻力与厚度为过滤介质层：认为介质产生的阻力与厚度为LeL

34、e的滤饼层产生的滤饼层产生 的阻力相等，引入过滤介质的当量滤饼厚度的阻力相等，引入过滤介质的当量滤饼厚度 Le Le，则过滤介质的阻力，则过滤介质的阻力 = rLe/A= rLe/A滤饼可压缩：滤饼可压缩：)LL(rPAPPddVe 介质阻力介质阻力滤饼阻力滤饼阻力过滤速率过滤速率21esesLLrPALLPrPAddV )()(1定义饼液比：定义饼液比：则：则：C C滤饼体积滤饼体积/ /滤液体积滤液体积V V， m m3 3饼饼/m/m3 3液液eeALCVALCV介介质质当当量量滤滤饼饼体体积积滤滤饼饼体体积积)()()(1211esesesVVCrPAACVACVrPALLrPAddV

35、过滤基本过滤基本方程式方程式)(12esVVCrPAddV恒压过滤恒压过滤：一般由保持恒压的压缩气体提供推动力：一般由保持恒压的压缩气体提供推动力 恒速过滤恒速过滤：一般由容积式泵提供推动力：一般由容积式泵提供推动力 变压变速过滤变压变速过滤：一般由离心泵提供推动力，随过滤阻力增加：一般由离心泵提供推动力，随过滤阻力增加流量下降。流量下降。 过滤的操作类型：过滤的操作类型： 悬浮液一定，悬浮液一定，、rr、C C可视为常数可视为常数令：令：Crk1表示悬浮液表示悬浮液物性的常数物性的常数 esVVpkAddV )1(2k-k-滤饼常数滤饼常数k)(12esVVCrPAddV3.4.3 恒压过滤

36、恒压过滤 0)1 (20)(dpkAdVVVsVe)()()()1(2eeeeesVVVeedpkAVVdVV)1(2222)(seepkAVVV)1(2222sepkAVVV恒压过滤，恒压过滤，p1-s为常数为常数 AKAVVVe222令令q=V/Aq=V/A， q qe e=V=Ve e/A/A， Bqq2q2Ke令令CrPPKss22k11)1(2222sepkAVVV恒压过滤方程式恒压过滤方程式过滤常数过滤常数 eeeeKqqKAVV 222恒压过滤方程式恒压过滤方程式令令e22eKAVKKAVVVeeqq2q2222说明：说明：(V+V(V+Ve e)(+)(+e e) )为一抛物线；为一抛物线；忽略过滤介质的阻力：忽略过滤介质的阻力：V Ve e0 0，q qe e=0=0，则过滤基本，则过滤基本方程式变为：方程式变为：KqKAV222q qe e、e e称为介质常数，与称为介质常数，与K K都称为过滤常数。都称为过滤常数。3.4.4 过滤设备过滤设备 过滤混悬液的设备称为过滤机。过滤混悬液的设备称为过滤机。间歇过滤机间歇过滤机连续过滤机连续过滤机操作方式操作